JP6827346B2

JP6827346B2 - Axial turbine

Info

Publication number: JP6827346B2
Application number: JP2017047124A
Authority: JP
Inventors: 邦弘冨川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: JP2018150860A

Description

本発明は、軸流タービンに関する。 The present invention relates to an axial flow turbine.

従来、発電プラント等に用いられる蒸気タービンやガスタービン等の軸流タービンが知られている。この軸流タービンは、概してケーシングに支持されたノズル構造体と、ノズル構造体の下流側に設けられ、ケーシングに対して回転自在なタービンロータ（以下、単にロータとする）に支持された動翼構造体とを有し、ロータの軸方向の上流から下流へと流れる作動流体のエネルギーをロータの回転エネルギーに変換するようになっている。 Conventionally, axial flow turbines such as steam turbines and gas turbines used in power plants and the like are known. This axial flow turbine generally has a nozzle structure supported by a casing and a moving blade provided on the downstream side of the nozzle structure and supported by a turbine rotor (hereinafter, simply referred to as a rotor) that is rotatable with respect to the casing. It has a structure and is designed to convert the energy of the working fluid flowing from upstream to downstream in the axial direction of the rotor into the rotational energy of the rotor.

ところで、軸流タービンにおいては、ロータの回転に伴いロータの表面近傍で該ロータの回転方向（周方向）に作動流体が連れ回され、動翼構造体とノズル構造体との隙間をなす所謂キャビティ内を上流側から下流側に迂回する作動流体の流れ（漏流れ）が生じる。このため、動翼周りの主流路を通過する作動流体の流量が低下してタービン効率の低下を招く。 By the way, in an axial turbine, a so-called cavity is formed in the vicinity of the surface of the rotor by rotating the working fluid in the rotation direction (circumferential direction) of the rotor to form a gap between the rotor blade structure and the nozzle structure. A flow of working fluid (leakage flow) that bypasses the inside from the upstream side to the downstream side occurs. Therefore, the flow rate of the working fluid passing through the main flow path around the rotor blades decreases, which causes a decrease in turbine efficiency.

タービン効率の向上に関して、例えば、特許文献１には、外輪と内輪との間に形成された環状開口部のうち周方向における一部の領域（送入部）に設けられたノズルと、環状開口部のうち周方向における他の領域（非送入部）に設けられた閉止部とを備えたノズル構造体を有する部分送入式の軸流タービンが開示されている。上記閉止部には該閉止部の上流側から下流側に貫通する貫通開口部が設けられている。そして、特許文献１の軸流タービンは、非送入部の動翼構造体とノズル構造体との間に侵入しようとする周方向への作動流体の流れを貫通開口部から軸方向へと導くことで、発電効率低下の抑制を図るようになっている。 Regarding the improvement of turbine efficiency, for example, Patent Document 1 describes a nozzle provided in a part of the annular opening formed between the outer ring and the inner ring in the circumferential direction (feeding portion), and an annular opening. A partial feed-in type axial flow turbine having a nozzle structure provided with a closing portion provided in another region (non-feed-in portion) in the circumferential direction of the portion is disclosed. The closing portion is provided with a through opening that penetrates from the upstream side to the downstream side of the closing portion. Then, the axial flow turbine of Patent Document 1 guides the flow of the working fluid in the circumferential direction to enter between the moving blade structure and the nozzle structure of the non-feeding portion in the axial direction from the through opening. As a result, the decrease in power generation efficiency is suppressed.

特開２０１６−１７４４６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-17446

しかし、上記特許文献１に記載の軸流タービンは、主に部分送入式の軸流タービンにおいて、調速段における非送入部の下流側に位置する後段の動翼に作動流体を導くことで、作動流体の滞留を防止してタービン効率の改善を図らんとするが、作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制することはできず、さらに改善の必要があった。 However, the axial flow turbine described in Patent Document 1 is mainly a partial feed type axial flow turbine, and guides a working fluid to a rear stage moving blade located on the downstream side of a non-feed portion in the speed control stage. Therefore, it is attempted to improve the turbine efficiency by preventing the retention of the working fluid, but it is not possible to suppress the decrease in the flow rate of the main flow path due to the increase in the leakage flow rate of the working fluid, and further improvement is required.

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、軸流タービンにおける作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制してタービン効率を改善することを目的とする。 At least some embodiments of the present invention aim to improve turbine efficiency by suppressing a decrease in the flow rate of the main flow path due to an increase in the leakage flow rate of the working fluid in the axial flow turbine.

（１）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る軸流タービンは、
ロータと、
前記ロータの外周面に固定された少なくとも一つの動翼と、
前記ロータ及び前記動翼を収容するケーシングと、
ノズル構造体であって、
前記ケーシングの内周面に固定される外輪部と、
前記外輪部の内側に設けられる内輪部と、
前記外輪部と前記内輪部との間に設けられる少なくとも一つのノズルと、を含むノズル構造体と、
前記ロータの外周面に形成され、且つ、前記内輪部が収容される、環状の凹部に設けられる案内羽根であって、前記ロータの周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根と、を備える。 (1) The axial flow turbine according to at least some embodiments of the present invention is
With the rotor
At least one rotor blade fixed to the outer peripheral surface of the rotor,
A casing that houses the rotor and the moving blades,
It is a nozzle structure
An outer ring portion fixed to the inner peripheral surface of the casing and
An inner ring portion provided inside the outer ring portion and
A nozzle structure including at least one nozzle provided between the outer ring portion and the inner ring portion.
A plurality of guide blades formed on the outer peripheral surface of the rotor and provided in an annular recess in which the inner ring portion is housed, which are provided at intervals in the circumferential direction of the rotor. Be prepared.

上記（１）の構成によれば、ロータの外周面に形成される環状の凹部に案内羽根が設けられる。このため、内輪部とロータとの間の作動流体をロータの半径方向外側に案内するように案内羽根を配置することで、凹部内の作動流体を案内羽根によってロータの半径方向外側に案内することができる。従って、ロータの回転に伴って動翼付近の主流路から凹部内に流入する作動流体の流れを打ち消して主流路側に案内することができるため、主流路を通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図ることができる。 According to the configuration of (1) above, the guide blades are provided in the annular recess formed on the outer peripheral surface of the rotor. Therefore, by arranging the guide blades so as to guide the working fluid between the inner ring portion and the rotor to the outside in the radial direction of the rotor, the working fluid in the recess is guided to the outside in the radial direction of the rotor by the guide blades. Can be done. Therefore, as the rotor rotates, the flow of the working fluid flowing into the recess from the main flow path near the rotor blade can be canceled and guided to the main flow path side, so that the flow rate loss of the working fluid passing through the main flow path is reduced. The turbine efficiency can be improved.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根を前記ロータの軸方向に沿って移動させる軸方向移動機構をさらに備える。 (2) In some embodiments, in the axial flow turbine described in (1) above,
An axial movement mechanism for moving the guide blade along the axial direction of the rotor is further provided.

軸流タービンでは、運転状況や作動流体の体積流量に応じて作動流体の漏れ流量が変化する。この点、上記（２）の構成によれば、軸方向移動機構により、案内羽根をロータの軸方向に沿って移動させることができる。すなわち、ロータの軸方向における案内羽根の配置を軸方向移動機構によって調整することができるので、軸流タービンの運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整し、タービン効率の改善を図ることができる。 In an axial turbine, the leakage flow rate of the working fluid changes according to the operating conditions and the volumetric flow rate of the working fluid. In this regard, according to the configuration of (2) above, the guide blades can be moved along the axial direction of the rotor by the axial movement mechanism. That is, since the arrangement of the guide blades in the axial direction of the rotor can be adjusted by the axial movement mechanism, the leakage flow rate of the working fluid can be adjusted according to the operating condition of the axial flow turbine and the flow rate of the working fluid, and the turbine efficiency can be improved. Improvements can be made.

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の軸流タービンにおいて、
前記ロータの周方向に対する前記案内羽根の角度を調整する角度調整機構をさらに備える。 (3) In some embodiments, in the axial flow turbine according to (1) or (2) above.
An angle adjusting mechanism for adjusting the angle of the guide blade with respect to the circumferential direction of the rotor is further provided.

上記（３）の構成によれば、角度調整機構により、ロータの周方向に対する案内羽根の角度を調整することができるので、軸流タービンの運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整してタービン効率の改善を図ることができる。 According to the configuration of (3) above, the angle of the guide blade with respect to the circumferential direction of the rotor can be adjusted by the angle adjusting mechanism, so that the working fluid leaks according to the operating condition of the axial turbine and the flow rate of the working fluid. The flow rate can be adjusted to improve turbine efficiency.

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の軸流タービンにおいて、
前記凹部内における前記作動流体の流れ方向を検知する検知センサと、
前記検知センサからの検出結果に応じて前記案内羽根の軸方向位置又はまたは角度を制御するコントローラと、
をさらに備える。 (4) In some embodiments, in the axial flow turbine according to (2) or (3) above.
A detection sensor that detects the flow direction of the working fluid in the recess,
A controller that controls the axial position or angle of the guide blade according to the detection result from the detection sensor.
Further prepare.

上記（４）の構成によれば、検知センサからコントローラに送信される検出結果に基づき、コントローラが案内羽根の軸方向位置又はまたは角度を制御することにより、凹部内を流れる作動流体の流れ方向を、運転状況に応じて自動的且つタイムリーに制御することができる。これにより、作動流体の漏れ流量を低減することで主流路を通過する作動流体の流量損失を効果的に低減し、タービン効率を改善することができる。 According to the configuration of (4) above, the controller controls the axial position or angle of the guide blades based on the detection result transmitted from the detection sensor to the controller to control the flow direction of the working fluid flowing in the recess. , It can be controlled automatically and in a timely manner according to the driving situation. As a result, by reducing the leakage flow rate of the working fluid, the flow rate loss of the working fluid passing through the main flow path can be effectively reduced, and the turbine efficiency can be improved.

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の軸流タービンにおいて、
前記ノズル構造体は、
前記少なくとも一つのノズル、及び、前記ノズルに対して周方向に隣接する開口部であって、作動流体が通過する開口部、が形成されている送入部と、
前記送入部に対して周方向に隣接するとともに、前記作動流体の通過を阻止する閉止部が前記外輪部と前記内輪部との間に形成されている非送入部と、を含み、
前記案内羽根は、前記送入部に設けられた第１案内羽根と前記非送入部に設けられた第２案内羽根とを少なくとも含み、
前記コントローラは、前記第１案内羽根と前記第２案内羽根とをそれぞれ独立に制御するように構成されている。 (5) In some embodiments, in the axial flow turbine according to (4) above,
The nozzle structure is
A feeding portion in which at least one nozzle and an opening that is adjacent to the nozzle in the circumferential direction and through which a working fluid passes are formed.
A non-feeding portion that is adjacent to the feeding portion in the circumferential direction and has a closing portion that blocks the passage of the working fluid is formed between the outer ring portion and the inner ring portion.
The guide blade includes at least a first guide blade provided in the feeding portion and a second guide blade provided in the non-feeding portion.
The controller is configured to independently control the first guide blade and the second guide blade.

上記（５）の構成によれば、送入部に設けられた第１案内羽根と非送入部に設けられた第２案内羽根とをコントローラによって独立に制御することができる。このため、送入部と非送入部とで、内輪部とロータとの間における作動流体の流量や流れの方向が異なる場合であっても、第１案内羽根と第２案内羽根とをそれぞれ独立に制御して出力最適化を図ることにより、タービン効率の改善を図ることができる。 According to the configuration of (5) above, the first guide blade provided in the feeding portion and the second guide blade provided in the non-feeding portion can be independently controlled by the controller. Therefore, even if the flow rate and the flow direction of the working fluid between the inner ring portion and the rotor are different between the feeding portion and the non-feeding portion, the first guide blade and the second guide blade are used, respectively. Turbine efficiency can be improved by controlling the output independently and optimizing the output.

（６）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の軸流タービンにおいて、
前記検知センサは、
前記内輪部から突出する突出部と、
前記突出部に設けられ、前記突出部の歪みを検出可能な歪ゲージと、を含む。 (6) In some embodiments, in the axial flow turbine according to (4) or (5) above.
The detection sensor is
A protruding portion protruding from the inner ring portion and
A strain gauge provided on the protruding portion and capable of detecting the strain of the protruding portion is included.

上記（６）の構成によれば、内輪部から突出する突出部の歪みを歪ゲージで検出することにより、凹部内における作動流体の流れ方向を検出することができる。よって、簡易な構成で検知センサを構成しつつ、上記（４）又は（５）で述べた効果を享受することができる。 According to the configuration (6) above, the flow direction of the working fluid in the concave portion can be detected by detecting the strain of the protruding portion protruding from the inner ring portion with a strain gauge. Therefore, the effect described in (4) or (5) above can be enjoyed while configuring the detection sensor with a simple configuration.

（７）幾つかの実施形態では、上記（４）又は（５）に記載の軸流タービンにおいて、
前記検知センサは、
ヒータと、
前記ヒータの一方側に配置される第１温度センサと、
前記ヒータの他方側に配置される第２温度センサと、を含む。 (7) In some embodiments, in the axial flow turbine according to (4) or (5) above.
The detection sensor is
With a heater
A first temperature sensor arranged on one side of the heater and
Includes a second temperature sensor located on the other side of the heater.

上記（７）の構成によれば、凹部内における作動流体の流れ方向に応じて、ヒータの一方側に配置された第１温度センサ又はヒータの他方側に配置された第２温度センサのうち、ヒータの下流側に位置する一方の温度センサでは他方の温度センサよりも高い温度が検出される。したがって、第１温度センサの検出温度と第２温度センサの検出温度とを比較することで、凹部内における作動流体の流れ方向を検出することができる。こうして、簡易な構成で検知センサを構成しつつ、上記（４）又は（５）で述べた効果を享受することができる。 According to the configuration of (7) above, of the first temperature sensor arranged on one side of the heater or the second temperature sensor arranged on the other side of the heater, depending on the flow direction of the working fluid in the recess. One temperature sensor located downstream of the heater detects a higher temperature than the other temperature sensor. Therefore, by comparing the detection temperature of the first temperature sensor with the detection temperature of the second temperature sensor, the flow direction of the working fluid in the recess can be detected. In this way, the effect described in (4) or (5) above can be enjoyed while configuring the detection sensor with a simple configuration.

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根は、前記内輪部に支持されている。 (8) In some embodiments, in the axial flow turbine according to any one of (1) to (7) above.
The guide blade is supported by the inner ring portion.

上記（８）の構成によれば、静止部であるノズル構造体の内輪部によって案内羽根を支持する簡易な構成で、上記（１）で述べた効果を享受することができる。 According to the configuration of (8) above, the effect described in (1) above can be enjoyed with a simple configuration in which the guide blades are supported by the inner ring portion of the nozzle structure which is a stationary portion.

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の軸流タービンにおいて、
前記案内羽根は、前記凹部内における前記内輪部の上流側に設けられる。 (9) In some embodiments, in the axial flow turbine according to any one of (1) to (8) above.
The guide blade is provided on the upstream side of the inner ring portion in the recess.

凹部内でノズル構造体の内輪部とロータとの間を通過する作動流体は、ノズル構造体の上流側と下流側とで圧力差がある。この点、上記（９）の構成によれば、高圧側である内輪部の上流側に案内羽根を設けることにより、作動流体をロータの半径方向の外側に効果的に案内することができる。 The working fluid passing between the inner ring portion of the nozzle structure and the rotor in the recess has a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the nozzle structure. In this regard, according to the configuration (9) above, the working fluid can be effectively guided to the outside in the radial direction of the rotor by providing the guide blades on the upstream side of the inner ring portion on the high pressure side.

本発明の幾つかの実施形態によれば、軸流タービンにおける作動流体の漏れ流量増加に伴う主流路の流量低下を抑制してタービン効率を改善することができる。 According to some embodiments of the present invention, it is possible to improve the turbine efficiency by suppressing a decrease in the flow rate of the main flow path due to an increase in the leakage flow rate of the working fluid in the axial flow turbine.

一実施形態に係る軸流タービンの全体構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure of the axial flow turbine which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る軸流タービンの軸方向視を示す概略図である。It is the schematic which shows the axial direction view of the axial flow turbine which concerns on one Embodiment. 図２におけるＡ−Ａ矢視を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the arrow view of AA in FIG. 一実施形態における軸方向移動機構の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the axial movement mechanism in one Embodiment. 他の実施形態における角度調整機構を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the angle adjustment mechanism in another embodiment. 一実施形態における検知センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the detection sensor in one Embodiment. 他の実施形態における検知センサの原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of the detection sensor in another embodiment. 他の実施形態における検知センサの原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of the detection sensor in another embodiment. 他の実施形態における検知センサの構成例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structural example of the detection sensor in another embodiment. 一実施形態に係る軸流タービンの制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the axial flow turbine which concerns on one Embodiment. 一実施形態における検知センサの一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the detection sensor in one Embodiment.

以下、添付図面に従って本発明の例示的な実施形態について説明する。ただし、以下に示す幾つかの実施形態に記載された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in some embodiments shown below are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified. It is just an example of explanation.

図１は、本発明の幾つかの実施形態に係る軸流タービン１の構成を示す概略図である。図２は、一実施形態に係る軸流タービンの軸方向視を示す概略図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ矢視を示す断面図である。
幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、例えば、発電プラントや船舶等の動力系に用いられる蒸気タービンやガスタービンとして適用され得る。 FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an axial flow turbine 1 according to some embodiments of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an axial view of the axial flow turbine according to the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the arrow AA in FIG.
The axial flow turbine 1 according to some embodiments can be applied as, for example, a steam turbine or a gas turbine used in a power system such as a power plant or a ship.

図１〜３に示すように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、ロータ３と、ロータ３の外周面に固定された少なくとも一つの動翼３０と、ロータ３及び動翼３０を収容するケーシング２と、ノズル構造体４であって、ケーシング２の内周面に固定される外輪部４１と、外輪部４１の内側に設けられる内輪部４２と、外輪部４１と内輪部４２との間に設けられる少なくとも一つのノズル４３と、を含むノズル構造体４と、ロータ３の外周面に形成され、且つ、内輪部４２が収容される、環状の凹部３２に設けられる案内羽根５０であって、ロータ３の周方向において間隔をあけて設けられる複数の案内羽根５０と、を備えている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the axial flow turbine 1 according to at least some embodiments of the present invention includes a rotor 3, at least one rotor blade 30 fixed to the outer peripheral surface of the rotor 3, the rotor 3, and the rotor 3. A casing 2 for accommodating the moving blades 30, an outer ring portion 41 which is a nozzle structure 4 and is fixed to the inner peripheral surface of the casing 2, an inner ring portion 42 provided inside the outer ring portion 41, and an outer ring portion 41. The nozzle structure 4 including at least one nozzle 43 provided between the inner ring portion 42 and the annular recess 32 formed on the outer peripheral surface of the rotor 3 and accommodating the inner ring portion 42 are provided. The guide blades 50 include a plurality of guide blades 50 provided at intervals in the circumferential direction of the rotor 3.

幾つかの実施形態において、ロータ３は、図示しない発電機または船舶等の動力伝達系に連結されていてもよい。ロータ３は、当該ロータ３の回転力を発電機で電気エネルギーに変換したり船舶等の推進力として利用したりするべく、駆動力を伝達する。幾つかの実施形態において、ロータ３には、複数の動翼３０が固定されていてもよい。これらの動翼３０は、ロータ３の外周面において、該ロータ３の周方向に沿って間隔をあけて放射状に配置されていてもよい。 In some embodiments, the rotor 3 may be connected to a power transmission system such as a generator or ship (not shown). The rotor 3 transmits a driving force so that the rotational force of the rotor 3 can be converted into electric energy by a generator or used as a propulsive force for a ship or the like. In some embodiments, a plurality of blades 30 may be fixed to the rotor 3. These rotor blades 30 may be arranged radially on the outer peripheral surface of the rotor 3 at intervals along the circumferential direction of the rotor 3.

幾つかの実施形態において、ケーシング２には、ガス又は蒸気の供給管（不図示）が連結されており、燃焼器（不図示）において生成された燃焼ガス、又は、ボイラ（不図示）で生成された蒸気が、作動流体として、軸流タービン１に供給されるようになっている。軸流タービン１に供給された作動流体は、複数のタービン段落（後述）のうちの最も上流側のタービン段落に案内されるようになっている。
ケーシング２には、複数のノズル構造体４が支持されている。これらのノズル構造体４と動翼３０とは、ロータ３の軸方向に交互に配置される。そして、一のノズル構造体４と、当該一のノズル構造体４の下流側に隣り合って配置された一の動翼３０とにより、一のタービン段落が構成される。軸流タービン１は、このようなタービン段落が、ロータ３の軸方向に複数設けられている。このようにして、ガス又は蒸気の供給管を介して供給された作動流体が複数のタービン段落を通過して、動翼３０に対して仕事を行い、ロータ３が回転駆動される。そして、最終段落の動翼３０を通過した作動流体は、排気流路を通って軸流タービン１の外部へと排出されるようになっている。 In some embodiments, a gas or steam supply pipe (not shown) is connected to the casing 2 and is generated by a combustion gas generated in a combustor (not shown) or a boiler (not shown). The generated steam is supplied to the axial flow turbine 1 as a working fluid. The working fluid supplied to the axial flow turbine 1 is guided to the most upstream turbine paragraph of the plurality of turbine paragraphs (described later).
A plurality of nozzle structures 4 are supported on the casing 2. These nozzle structures 4 and rotor blades 30 are alternately arranged in the axial direction of the rotor 3. Then, one turbine paragraph is formed by one nozzle structure 4 and one moving blade 30 arranged adjacent to each other on the downstream side of the one nozzle structure 4. The axial flow turbine 1 is provided with a plurality of such turbine paragraphs in the axial direction of the rotor 3. In this way, the working fluid supplied through the gas or steam supply pipe passes through the plurality of turbine paragraphs to perform work on the rotor blades 30, and the rotor 3 is rotationally driven. Then, the working fluid that has passed through the moving blade 30 in the final paragraph is discharged to the outside of the axial flow turbine 1 through the exhaust flow path.

幾つかの実施形態において、ノズル構造体４は、少なくとも一つのノズル４３、及び、該ノズル４３に対して周方向に隣接する開口部４４であって、作動流体が通過する開口部４４、が形成されている送入部４５を含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、ノズル構造体４における周方向の全周にわたって送入部４５が設けられていてもよい。
幾つかの実施形態において、ノズル構造体４は、上記の送入部４５に対して周方向に隣接するとともに、作動流体の通過を阻止する閉止部４６が外輪部４１と内輪部４２との間に形成されている非送入部４７を含んでもよい（例えば、図９参照）。すなわち、幾つかの実施形態に係る軸流タービン１は、部分送入式の軸流タービンであってもよい。 In some embodiments, the nozzle structure 4 forms at least one nozzle 43 and an opening 44 that is circumferentially adjacent to the nozzle 43 through which the working fluid passes. It may include the feeding unit 45 which has been made.
In some embodiments, the feeding portion 45 may be provided over the entire circumference of the nozzle structure 4 in the circumferential direction.
In some embodiments, the nozzle structure 4 is adjacent to the feeding portion 45 in the circumferential direction, and a closing portion 46 that blocks the passage of the working fluid is between the outer ring portion 41 and the inner ring portion 42. The non-feeding portion 47 formed in may be included (see, for example, FIG. 9). That is, the axial flow turbine 1 according to some embodiments may be a partial feed type axial flow turbine.

ここで、軸流タービン１における作動流体の流れについて説明する。
図２に示すように、図示しない燃焼器で生成された燃焼ガスや、図示しないボイラで生成された蒸気等の作動流体が軸流タービン１に供給されると、この作動流体は、隣接する動翼３０同士の隙間と、ノズル構造体４の開口部４４とにより、ロータ３の軸方向に沿って形成される主流路Ｍを通って上流側から下流側へと案内される。そして、この作動流体の運動エネルギーを動翼３０経由で受けたロータ３が回転方向Ｓ（図３参照）に向けて回転する。ロータ３の回転に伴い、該ロータ３の表面近傍では、作動流体の粘性により、ロータ３の回転方向Ｓに向けて作動流体が連れ回され、回転方向Ｓに向かう作動流体の流れが形成される。ロータ３の外周に形成される環状の凹部３２と、該凹部３２に収容されるノズル構造体４の内輪部４２との隙間をなす所謂キャビティ内においても同様に、回転方向Ｓに向けて作動流体が連れ回される。また、ノズル構造体４を挟んで上流側の作動流体は下流側の作動流体よりも高圧である。このため、凹部３２内における上流側の隙間においては、作動流体がロータ３の半径方向（径方向）の外側から内側に向かい、さらに、内輪部４２の内周に設けられたラビリンスシール４８の隙間を通って下流側へと案内される。そして、凹部３２内における下流側の隙間を通って作動流体が主流路Ｍへと戻される。
このような、凹部３２内を迂回する作動流体の流れ（漏流れ）により、主流路Ｍを通過する作動流体の流量が低下することは、タービン効率の低下を招く虞がある。 Here, the flow of the working fluid in the axial flow turbine 1 will be described.
As shown in FIG. 2, when a working fluid such as a combustion gas generated by a combustor (not shown) or steam generated by a boiler (not shown) is supplied to the axial flow turbine 1, the working fluid moves adjacent to each other. The gap between the blades 30 and the opening 44 of the nozzle structure 4 guide the rotor 3 from the upstream side to the downstream side through the main flow path M formed along the axial direction of the rotor 3. Then, the rotor 3 that receives the kinetic energy of the working fluid via the moving blade 30 rotates in the rotation direction S (see FIG. 3). With the rotation of the rotor 3, in the vicinity of the surface of the rotor 3, the working fluid is rotated in the rotation direction S of the rotor 3 due to the viscosity of the working fluid, and a flow of the working fluid in the rotation direction S is formed. .. Similarly, in the so-called cavity forming a gap between the annular recess 32 formed on the outer circumference of the rotor 3 and the inner ring portion 42 of the nozzle structure 4 housed in the recess 32, the working fluid is directed in the rotation direction S. Is taken around. Further, the working fluid on the upstream side of the nozzle structure 4 is higher in pressure than the working fluid on the downstream side. Therefore, in the gap on the upstream side in the recess 32, the working fluid goes from the outside to the inside in the radial direction (diameter direction) of the rotor 3, and further, in the gap of the labyrinth seal 48 provided on the inner circumference of the inner ring portion 42. It is guided to the downstream side through. Then, the working fluid is returned to the main flow path M through the gap on the downstream side in the recess 32.
The decrease in the flow rate of the working fluid passing through the main flow path M due to the flow (leakage flow) of the working fluid bypassing the recess 32 may lead to a decrease in turbine efficiency.

そこで、本発明者らの鋭意検討の結果、幾つかの実施形態では、凹部３２内に、複数の案内羽根５０が設けられている。この構成によれば、ロータ３の外周面に形成される環状の凹部３２に案内羽根５０が設けられる。このため、内輪部４２とロータ３との間の作動流体をロータ３の半径方向外側に案内するように案内羽根５０を配置することで、凹部３２内の作動流体を案内羽根５０によってロータ３の半径方向外側に案内することができる。これにより、ロータ３の回転に伴って動翼３０付近の主流路Ｍ（図２参照）から凹部３２内に流入する作動流体の流れを打ち消して主流路Ｍ側に案内することができるため、主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図ることができる。 Therefore, as a result of diligent studies by the present inventors, in some embodiments, a plurality of guide blades 50 are provided in the recess 32. According to this configuration, the guide blade 50 is provided in the annular recess 32 formed on the outer peripheral surface of the rotor 3. Therefore, by arranging the guide blades 50 so as to guide the working fluid between the inner ring portion 42 and the rotor 3 to the outside in the radial direction of the rotor 3, the working fluid in the recess 32 is guided by the guide blades 50 to the rotor 3. It can be guided outward in the radial direction. As a result, the flow of the working fluid flowing into the recess 32 from the main flow path M (see FIG. 2) near the rotor blade 30 as the rotor 3 rotates can be canceled and guided to the main flow path M side. The flow rate loss of the working fluid passing through the path M can be reduced to improve the turbine efficiency.

幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、内輪部４２に支持されていてもよい。このようにすれば、静止部であるノズル構造体４の内輪部４２によって案内羽根５０を支持する簡易な構成で、主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減してタービン効率の改善を図るという上記の効果を享受することができる。 In some embodiments, the guide vanes 50 may be supported by the inner ring portion 42. By doing so, the guide blade 50 is supported by the inner ring portion 42 of the nozzle structure 4 which is a stationary portion, and the flow rate loss of the working fluid passing through the main flow path M is reduced to improve the turbine efficiency. You can enjoy the above-mentioned effect of trying.

幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、凹部３２内における内輪部４２の上流側に設けられてもよい。すなわち、凹部３２内でノズル構造体４の内輪部４２とロータ３との間を通過する作動流体は、ノズル構造体４の上流側と下流側とで圧力差がある。この点、作動流体の高圧側である内輪部４２の上流側に案内羽根５０を設けることにより、作動流体をロータ３の半径方向の外側に効果的に案内することができる。なお、案内羽根５０は、凹部３２内における内輪部４２の下流側に設けられていてもよいし、内輪部４２の上流側及び下流側の両方に設けられていてもよい。 In some embodiments, the guide blade 50 may be provided on the upstream side of the inner ring portion 42 in the recess 32. That is, the working fluid passing between the inner ring portion 42 of the nozzle structure 4 and the rotor 3 in the recess 32 has a pressure difference between the upstream side and the downstream side of the nozzle structure 4. In this respect, by providing the guide blade 50 on the upstream side of the inner ring portion 42 which is the high pressure side of the working fluid, the working fluid can be effectively guided to the outside in the radial direction of the rotor 3. The guide blade 50 may be provided on the downstream side of the inner ring portion 42 in the recess 32, or may be provided on both the upstream side and the downstream side of the inner ring portion 42.

幾つかの実施形態において、軸流タービン１は、案内羽根５０をロータ３の軸方向に沿って移動させる軸方向移動機構６０をさらに備えていてもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、例えば、図４に示すように、内輪部４２からロータ３の軸方向に沿って案内羽根５０を移動させる、軸方向移動機構６０としてのリンク機構を設けてもよい。リンク機構は、周知の機構で構成してもよい。例えば、複数のリンク及びガイドを用いてロータ３の径方向への進退移動を軸方向への進退移動に変換するように構成してもよく、その際、軸方向に移動可能なリンクの一端を案内羽根５０に連結し、径方向に移動可能なリンクの一端に、例えば、モータやソレノイド等のアクチュエータを接続してもよい。アクチュエータは、例えば、コントローラ（後述）と電気的に接続されるように構成してもよい。また、軸方向移動機構６０は、案内羽根５０の軸方向への移動量を調整できるように構成してもよい。
ここで、軸流タービン１では、運転状況や作動流体の体積流量に応じて作動流体の漏れ流量が変化する。この点、上記の軸方向移動機構６０を備えることにより、ロータ３の軸方向に沿って案内羽根５０を移動させることができる。すなわち、ロータ３の軸方向における案内羽根５０の配置を軸方向移動機構６０によって調整することができるので、軸流タービン１の運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整し、タービン効率の改善を図ることができる。 In some embodiments, the axial flow turbine 1 may further include an axial moving mechanism 60 that moves the guide vanes 50 along the axial direction of the rotor 3. That is, in some embodiments, for example, as shown in FIG. 4, a link mechanism as an axial movement mechanism 60 that moves the guide blades 50 from the inner ring portion 42 along the axial direction of the rotor 3 may be provided. Good. The link mechanism may be configured by a well-known mechanism. For example, a plurality of links and guides may be used to convert the radial advance / retreat movement of the rotor 3 into an axial advance / retreat movement, and at that time, one end of the axially movable link may be used. An actuator such as a motor or a solenoid may be connected to one end of a link that is connected to the guide blade 50 and can move in the radial direction. The actuator may be configured to be electrically connected to, for example, a controller (described below). Further, the axial movement mechanism 60 may be configured so that the amount of movement of the guide blade 50 in the axial direction can be adjusted.
Here, in the axial flow turbine 1, the leakage flow rate of the working fluid changes according to the operating condition and the volumetric flow rate of the working fluid. In this respect, by providing the above-mentioned axial movement mechanism 60, the guide blade 50 can be moved along the axial direction of the rotor 3. That is, since the arrangement of the guide blades 50 in the axial direction of the rotor 3 can be adjusted by the axial movement mechanism 60, the leakage flow rate of the working fluid can be adjusted according to the operating condition of the axial flow turbine 1 and the flow rate of the working fluid. , Turbine efficiency can be improved.

他の実施形態において、軸流タービン１は、例えば、図５に示すように、ロータ３の周方向に対する案内羽根５０の角度を調整する角度調整機構７０をさらに備えていてもよい。角度調整機構７０は、周知の機構で構成してもよい。すなわち、幾つかの実施形態では、例えば、複数の歯車及び連結軸を用いることにより、ロータ３の径方向を中心とする回転をロータ３の軸方向を中心とする回転に変換するように構成してもよい。その際、軸方向を中心に回転可能な連結軸の一端を案内羽根５０に連結し、径方向を中心に回転可能なリンクの一端に、例えば、モータやソレノイド等のアクチュエータを接続してもよい。アクチュエータは、例えば、コントローラ９０（後述）と電気的に接続されるように構成してもよい。
上記のように角度調整機構７０を備えることにより、ロータ３の周方向に対する案内羽根５０の角度を調整することができるので、軸流タービン１の運転状況や作動流体の流量に応じて作動流体の漏れ流量を調整してタービン効率の改善を図ることが可能となる。 In another embodiment, the axial flow turbine 1 may further include an angle adjusting mechanism 70 for adjusting the angle of the guide vanes 50 with respect to the circumferential direction of the rotor 3, for example, as shown in FIG. The angle adjusting mechanism 70 may be configured by a well-known mechanism. That is, in some embodiments, for example, by using a plurality of gears and connecting shafts, the rotation centered on the radial direction of the rotor 3 is converted into the rotation centered on the axial direction of the rotor 3. You may. At that time, one end of a connecting shaft that can rotate about the axial direction may be connected to the guide blade 50, and an actuator such as a motor or a solenoid may be connected to one end of the link that can rotate about the radial direction. .. The actuator may be configured to be electrically connected to, for example, the controller 90 (described later).
By providing the angle adjusting mechanism 70 as described above, the angle of the guide blade 50 with respect to the circumferential direction of the rotor 3 can be adjusted, so that the working fluid can be adjusted according to the operating condition of the axial turbine 1 and the flow rate of the working fluid. It is possible to improve the turbine efficiency by adjusting the leakage flow rate.

幾つかの実施形態において、軸流タービン１は、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検知する検知センサ８０と、該検知センサ８０からの検出結果に応じて案内羽根５０の軸方向位置又はまたは角度を制御するコントローラ９０と、をさらに備えていてもよい。 In some embodiments, the axial flow turbine 1 has a detection sensor 80 that detects the flow direction of the working fluid in the recess 32 and an axial position or or or an axial position of the guide vanes 50 depending on the detection result from the detection sensor 80. A controller 90 for controlling the angle may be further provided.

まず、検知センサ８０の構成について説明する。
幾つかの実施形態において、検知センサ８０は、例えば、図６に示すように、内輪部４２から突出する突出部８１と、該突出部８１に設けられ、当該突出部８１の歪みを検出可能な歪ゲージ８２と、を含んでもよい。
突出部８１は、例えば、弾性変形可能な棒状又は板状の突出片により形成されてもよい。
幾つかの実施形態では、凹部３２内における作動流体の流れ方向の上流側及び下流側にそれぞれ歪ゲージ８２を設けてもよい。歪ゲージ８２は、突出部８１の基端側に配置してもよい。このようすれば、突出部８１の先端側に歪ゲージ８２を配置するよりも突出部８１の歪を容易に検出することができる。
なお、他の実施形態では、凹部３２内における作動流体の流れ方向のうち、上流側又は下流側の少なくとも一方に歪ゲージ８２が設けられていてもよい。この場合も、該歪ゲージ８２の設置個所における突出部８１の歪み（引張応力又は圧縮応力）を検出することで、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検知することができる。
また、歪ゲージ８２で検出される歪の大きさは作動流体の流れの強さに比例するから、該歪の大きさにより作動流体の流れの強さを検知することができる。
歪ゲージ８２で検出された検出信号は、例えば、信号線８３を介してコントローラ９０に入力されるように構成されてもよい。
上記のように、内輪部４２から突出する突出部８１の歪みを歪ゲージ８２で検出することにより、簡易な構成で凹部３２内における作動流体の流れ方向を検出することができる。 First, the configuration of the detection sensor 80 will be described.
In some embodiments, the detection sensor 80 is provided on, for example, a protruding portion 81 protruding from the inner ring portion 42 and the protruding portion 81, and can detect distortion of the protruding portion 81, as shown in FIG. The strain gauge 82 and the like may be included.
The protrusion 81 may be formed of, for example, an elastically deformable rod-shaped or plate-shaped protruding piece.
In some embodiments, strain gauges 82 may be provided in the recess 32 on the upstream side and the downstream side in the flow direction of the working fluid, respectively. The strain gauge 82 may be arranged on the proximal end side of the protrusion 81. In this way, the strain of the protrusion 81 can be detected more easily than when the strain gauge 82 is arranged on the tip side of the protrusion 81.
In another embodiment, the strain gauge 82 may be provided on at least one of the upstream side and the downstream side of the flow direction of the working fluid in the recess 32. Also in this case, the flow direction of the working fluid in the recess 32 can be detected by detecting the strain (tensile stress or compressive stress) of the protruding portion 81 at the installation location of the strain gauge 82.
Further, since the magnitude of the strain detected by the strain gauge 82 is proportional to the strength of the flow of the working fluid, the strength of the flow of the working fluid can be detected by the magnitude of the strain.
The detection signal detected by the strain gauge 82 may be configured to be input to the controller 90 via the signal line 83, for example.
As described above, by detecting the strain of the protruding portion 81 protruding from the inner ring portion 42 with the strain gauge 82, the flow direction of the working fluid in the recess 32 can be detected with a simple configuration.

他の実施形態において、検知センサ８０は、例えば、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、ヒータ８５と、ヒータ８５の一方側に配置される第１温度センサ８６と、ヒータ８５の他方側に配置される第２温度センサ８７と、を含む熱式センサであってもよい。すなわち、検知センサ８０は、ヒータ８５と温度センサ（第１温度センサ８６、第２温度センサ８７）とを含む所謂ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）方式の熱式センサであってもよい。
ＭＥＭＳ方式の検知センサ８０は、例えば、皮膜（メンブレン）上に白金皮膜によるヒータ８５を配置し、該ヒータ８５に対して作動流体の流れ方向における上流側にあたる一方側に第１温度センサ８６（上流側センサ）を配置し、ヒータ８５に対して作動流体の流れ方向における下流側にあたる他方側に第２温度センサ８７を配置することで構成してもよい。
上流側の第１温度センサ８６の抵抗値と、下流側の第２温度センサ８７の抵抗値との差、すなわち、第１温度センサ８６で検出される温度と第２温度センサ８７で検出される温度との差（温度差）は流れる作動流体（例えば、気泡Ｖ）の流速に比例する。このため、第１温度センサ８６と第２温度センサ８７の抵抗値を測定して演算処理することにより、作動流体の流れ方向と流速とを検知することができる。
幾つかの実施形態において、第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７は、互いがヒータ８５を中心に対称な位置に配置されていてもよい（図７Ａ，図７Ｂ及び図７Ｃ参照）。ただし、ヒータ８５を挟んで第１温度センサ８６と第２温度センサ８７とを対称に配置しない場合でも、何れか一方の温度センサにおける検出温度が高い場合、すなわちそれぞれの温度センサによる検出温度の大小を検知して比較することにより、少なくとも作動流体の流れ方向を検知することができる。なお、この熱式センサを用いる場合、作動流体の測温用として皮膜８９上に周囲温度センサ８８を設けてもよい。
第１温度センサ８６、第２温度センサ８７、及び／又は、周囲温度センサ８８で検出された検出信号は、コントローラ９０に入力されるように構成されてもよい。 In another embodiment, the detection sensor 80 is arranged on the heater 85, the first temperature sensor 86 arranged on one side of the heater 85, and the other side of the heater 85, for example, as shown in FIGS. 7A to 7C. It may be a thermal sensor including the second temperature sensor 87. That is, the detection sensor 80 may be a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type thermal sensor including a heater 85 and a temperature sensor (first temperature sensor 86, second temperature sensor 87).
In the MEMS type detection sensor 80, for example, a heater 85 made of a platinum film is arranged on a film (membrane), and a first temperature sensor 86 (upstream) is located on one side corresponding to the upstream side in the flow direction of the working fluid with respect to the heater 85. The side sensor) may be arranged, and the second temperature sensor 87 may be arranged on the other side corresponding to the downstream side in the flow direction of the working fluid with respect to the heater 85.
The difference between the resistance value of the first temperature sensor 86 on the upstream side and the resistance value of the second temperature sensor 87 on the downstream side, that is, the temperature detected by the first temperature sensor 86 and the temperature detected by the second temperature sensor 87. The difference from the temperature (temperature difference) is proportional to the flow velocity of the flowing working fluid (for example, bubble V). Therefore, the flow direction and the flow velocity of the working fluid can be detected by measuring the resistance values of the first temperature sensor 86 and the second temperature sensor 87 and performing arithmetic processing.
In some embodiments, the first temperature sensor 86 and the second temperature sensor 87 may be arranged symmetrically with respect to the heater 85 (see FIGS. 7A, 7B and 7C). However, even when the first temperature sensor 86 and the second temperature sensor 87 are not arranged symmetrically with the heater 85 interposed therebetween, when the detection temperature of either one of the temperature sensors is high, that is, the temperature detected by each temperature sensor is large or small. At least the flow direction of the working fluid can be detected by detecting and comparing the above. When this thermal sensor is used, an ambient temperature sensor 88 may be provided on the film 89 for measuring the temperature of the working fluid.
The detection signals detected by the first temperature sensor 86, the second temperature sensor 87, and / or the ambient temperature sensor 88 may be configured to be input to the controller 90.

このように熱式センサを用いることで、凹部３２内における作動流体の流れ方向に応じて、ヒータ８５の一方側に配置された第１温度センサ８６又はヒータ８５の他方側に配置された第２温度センサ８７のうち、ヒータ８５の下流側に位置する温度センサにおいて高い温度が検出される。したがって、第１温度センサ８６の検出温度と第２温度センサ８７の検出温度とを比較することで、凹部３２内における作動流体の流れ方向を検出することができる。また、このようなＭＥＭＳ方式の検知センサ８０とすれば、例えば、検知センサ８０をロータ３の軸方向又は周方向に移動させる必要がなく、そのための機構を設ける必要もないため好ましい。
なお、第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７は、それぞれ２つ以上設けられていてもよい。 By using the thermal sensor in this way, the first temperature sensor 86 arranged on one side of the heater 85 or the second temperature sensor 86 arranged on the other side of the heater 85 is arranged according to the flow direction of the working fluid in the recess 32. Among the temperature sensors 87, a high temperature is detected by the temperature sensor located on the downstream side of the heater 85. Therefore, by comparing the detection temperature of the first temperature sensor 86 with the detection temperature of the second temperature sensor 87, the flow direction of the working fluid in the recess 32 can be detected. Further, such a MEMS type detection sensor 80 is preferable because, for example, it is not necessary to move the detection sensor 80 in the axial direction or the circumferential direction of the rotor 3, and it is not necessary to provide a mechanism for that purpose.
In addition, two or more first temperature sensor 86 and second temperature sensor 87 may be provided respectively.

次に、コントローラ９０の構成について説明する。
図６に示すように、幾つかの実施形態において、コントローラ９０は、例えば、コンピュータであり、ＣＰＵ９１（プロセッサ）、該ＣＰＵ９１が実行する各種プログラムやテーブル等のデータを記憶するための記憶部としてのＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）９２、各プログラムを実行する際の展開領域や演算領域等のワーク領域として機能するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）９３の他、通信ネットワークに接続するための通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）９４、図示しない大容量記憶装置としての不揮発性の磁気ディスク記憶装置、及び外部記憶装置が装着されるアクセス部などを備えていてもよい。これらは全て、バス９５を介して接続されており、バス９５は信号線（図１参照）を介して上述した軸方向移動機構６０のアクチュエータや、角度調整機構のアクチュエータと電気的に接続されてもよい。更に、コントローラ９０は、例えば、キーボードやマウス等からなる入力部（図示省略）及びデータを表示する液晶表示装置等からなる表示部（図示省略）等と接続されていてもよい。 Next, the configuration of the controller 90 will be described.
As shown in FIG. 6, in some embodiments, the controller 90 is, for example, a computer, and serves as a storage unit for storing data such as a CPU 91 (processor) and various programs and tables executed by the CPU 91. In addition to ROM (Read Only Memory) 92, RAM (Random Access Memory) 93 that functions as a work area such as an expansion area and calculation area when executing each program, a communication interface (I / F) for connecting to a communication network. ) 94, a non-volatile magnetic disk storage device as a large-capacity storage device (not shown), an access unit to which an external storage device is mounted, and the like may be provided. All of these are connected via a bus 95, and the bus 95 is electrically connected to the actuator of the axial movement mechanism 60 described above and the actuator of the angle adjustment mechanism via a signal line (see FIG. 1). May be good. Further, the controller 90 may be connected to, for example, an input unit (not shown) including a keyboard, a mouse, or the like, a display unit (not shown) including a liquid crystal display device for displaying data, or the like.

このように検知センサ８０及びコントローラ９０を備える構成によれば、検知センサ８０からコントローラ９０に送信される検出結果に基づき、コントローラ９０が案内羽根５０の軸方向位置又はまたは角度を制御することができる。これにより、凹部３２内を流れる作動流体の流れ方向を、運転状況に応じて自動的且つタイムリーに制御することができる。従って、作動流体の漏れ流量を低減することで主流路Ｍを通過する作動流体の流量損失を低減し、タービン効率を改善することができる。
例えば、ＲＯＭ９２には、検知センサ８０で検知された作動流体の流れ方向が主流路Ｍを迂回する方向の流れ（漏流れ）の場合に、凹部３２内を回転方向Ｓに向けて流れる漏流れを径方向の外側に案内するように、軸方向移動機構６０を介してＣＰＵ９１が軸方向に対する案内羽根５０の配置を制御するプログラム（例えば、第１プログラム）が格納されていてもよい。或いは、検知センサ８０で検知された作動流体の流れ方向が漏流れの場合に、角度調整機構７０を介してＣＰＵ９１が周方向に対する案内羽根５０の取り付け角度を制御するプログラム（例えば、第２プログラム）が格納されていてもよい。上記第１プログラム及び／又は第２プログラムは、漏流れの強さに応じて、それぞれ軸方向における案内羽根５０の移動量や、周方向における案内羽根５０の角度を調整するように構成されていてもよい。漏流れの強さは、例えば、検知センサ８０として上述した歪ゲージ８２により検出される歪の大きさや、或いは、上述した第１温度センサ８６及び第２温度センサ８７の温度差の大きさを検知することで検出する構成としてもよい。 According to the configuration including the detection sensor 80 and the controller 90 in this way, the controller 90 can control the axial position or angle of the guide blade 50 based on the detection result transmitted from the detection sensor 80 to the controller 90. .. As a result, the flow direction of the working fluid flowing in the recess 32 can be automatically and timely controlled according to the operating condition. Therefore, by reducing the leakage flow rate of the working fluid, the flow rate loss of the working fluid passing through the main flow path M can be reduced and the turbine efficiency can be improved.
For example, in the ROM 92, when the flow direction of the working fluid detected by the detection sensor 80 is a flow (leakage flow) in a direction bypassing the main flow path M, the leakage flow flowing in the recess 32 in the rotation direction S is provided. A program (for example, a first program) in which the CPU 91 controls the arrangement of the guide blades 50 in the axial direction via the axial movement mechanism 60 may be stored so as to guide the guide to the outside in the radial direction. Alternatively, when the flow direction of the working fluid detected by the detection sensor 80 is leakage, the CPU 91 controls the mounting angle of the guide blade 50 with respect to the circumferential direction via the angle adjusting mechanism 70 (for example, a second program). May be stored. The first program and / or the second program are configured to adjust the amount of movement of the guide blade 50 in the axial direction and the angle of the guide blade 50 in the circumferential direction, respectively, according to the strength of the leakage flow. May be good. The leakage strength detects, for example, the magnitude of strain detected by the strain gauge 82 described above as the detection sensor 80, or the magnitude of the temperature difference between the first temperature sensor 86 and the second temperature sensor 87 described above. It may be configured to detect by doing so.

幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、ロータ３の周方向において、各々のノズル４３又は開口部４４にそれぞれ対応するように、各ノズル４３又は開口部４４に対して径方向の内側に位置するように設けられていてもよい（例えば、図３又は図９参照）。 In some embodiments, the guide vanes 50 are located radially inward with respect to each nozzle 43 or opening 44 in the circumferential direction of the rotor 3 so as to correspond to each nozzle 43 or opening 44, respectively. It may be provided so as to (see, for example, FIG. 3 or FIG. 9).

幾つかの実施形態において、案内羽根５０は、送入部４５に設けられた第１案内羽根５１と非送入部４７に設けられた第２案内羽根５２とを少なくとも含んでもよい（例えば、図９参照）。その際、コントローラ９０は、第１案内羽根５１と第２案内羽根５２とをそれぞれ独立に制御するように構成されていてもよい。
このように、幾つかの実施形態における案内羽根５０を部分送入式の軸流タービン１に適用すれば、送入部４５に設けられた第１案内羽根５１と非送入部４７に設けられた第２案内羽根５２とをコントローラ９０によって各々独立に制御することができる。このため、送入部４５と非送入部４７とで、内輪部４２とロータ３との間における作動流体の流量や流れの方向が異なる場合であっても、第１案内羽根５１と第２案内羽根５２とをそれぞれ独立に制御して出力最適化を図り、タービン効率の改善を図ることができる。 In some embodiments, the guide blade 50 may include at least a first guide blade 51 provided on the feeding portion 45 and a second guide blade 52 provided on the non-feeding portion 47 (eg, FIG. 9). At that time, the controller 90 may be configured to independently control the first guide blade 51 and the second guide blade 52, respectively.
As described above, if the guide blades 50 in some embodiments are applied to the partial-feed type axial flow turbine 1, they are provided in the first guide blade 51 and the non-feed-in portion 47 provided in the feed-in portion 45. The second guide blade 52 and the second guide blade 52 can be controlled independently by the controller 90. Therefore, even if the flow rate and the flow direction of the working fluid between the inner ring portion 42 and the rotor 3 are different between the feeding portion 45 and the non-feeding portion 47, the first guide blade 51 and the second guide blade 51 and the second guide blade 51 are different. The guide blades 52 and the guide blades 52 can be controlled independently to optimize the output and improve the turbine efficiency.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes a modified form of the above-described embodiment and a combination of these embodiments.

１軸流タービン
２ケーシング
３ロータ
３０動翼
３２凹部
４ノズル構造体
４１外輪部
４２内輪部
４３ノズル
４４開口部
４５送入部
４６閉止部
４７非送入部
４８ラビリンスシール
５０案内羽根
５１第１案内羽根
５２第２案内羽根
６０リンク機構（軸方向移動機構）
７０角度調整機構
８０検知センサ
８１突出部
８２歪ゲージ
８３信号線
８４熱式センサ
８５ヒータ
８６上流側温度センサ（第１温度センサ）
８７下流側温度センサ（第２温度センサ）
８８周囲温度センサ
８９皮膜
９０コントローラ
９１ＣＰＵ
９２ＲＯＭ
９３ＲＡＭ
９４通信インターフェース
９５バス
Ｍ主流路
Ｖ気泡 1 Axial turbine 2 Casing 3 Rotor 30 Drive blade 32 Recess 4 Nozzle structure 41 Outer ring part 42 Inner ring part 43 Nozzle 44 Opening part 45 Feeding part 46 Closing part 47 Non-feeding part 48 Labyrinth seal 50 Guide blade 51 First guide Blade 52 Second guide blade 60 Link mechanism (axial movement mechanism)
70 Angle adjustment mechanism 80 Detection sensor 81 Protruding part 82 Strain gauge 83 Signal line 84 Thermal sensor 85 Heater 86 Upstream temperature sensor (first temperature sensor)
87 Downstream temperature sensor (second temperature sensor)
88 Ambient temperature sensor 89 Film 90 Controller 91 CPU
92 ROM
93 RAM
94 Communication interface 95 Bus M Main flow path V Bubbles

Claims

With the rotor
At least one rotor blade fixed to the outer peripheral surface of the rotor,
A casing that houses the rotor and the moving blades,
It is a nozzle structure
An outer ring portion fixed to the inner peripheral surface of the casing and
An inner ring portion provided inside the outer ring portion and
A nozzle structure including at least one nozzle provided between the outer ring portion and the inner ring portion.
An annular recess for accommodating the inner ring portion is formed on the outer peripheral surface of the rotor, and a plurality of guide blades provided in the recess at intervals in the circumferential direction of the rotor are provided.
An angle adjusting mechanism for adjusting the angle of the guide blade with respect to the circumferential direction of the rotor is provided.
Axial turbines characterized by this.

The axial flow turbine according to claim 1, further comprising an axial movement mechanism for moving the guide blades along the axial direction of the rotor.

A detection sensor that detects the flow direction of the working fluid in the recess, and
A controller that controls the axial position or angle of the guide blade according to the detection result from the detection sensor.
The axial flow turbine according to claim 1 or 2 , further comprising.

With the rotor
At least one rotor blade fixed to the outer peripheral surface of the rotor,
A casing that houses the rotor and the moving blades,
It is a nozzle structure
An outer ring portion fixed to the inner peripheral surface of the casing and
An inner ring portion provided inside the outer ring portion and
A nozzle structure including at least one nozzle provided between the outer ring portion and the inner ring portion.
An annular recess for accommodating the inner ring portion is formed on the outer peripheral surface of the rotor, and a plurality of guide blades provided in the recess at intervals in the circumferential direction of the rotor are provided.
An axial movement mechanism that moves the guide blades along the axial direction of the rotor, and
A detection sensor that detects the flow direction of the working fluid in the recess, and
A controller that controls the axial position or angle of the guide blade according to the detection result from the detection sensor.
Axial turbine characterized by being equipped with.

The nozzle structure is
A feeding portion in which at least one nozzle and an opening that is adjacent to the nozzle in the circumferential direction and through which a working fluid passes are formed.
A non-feeding portion that is adjacent to the feeding portion in the circumferential direction and has a closing portion that blocks the passage of the working fluid is formed between the outer ring portion and the inner ring portion.
The guide blade includes at least a first guide blade provided in the feeding portion and a second guide blade provided in the non-feeding portion.
The axial flow turbine according to claim 3 or 4 , wherein the controller is configured to control the first guide blade and the second guide blade independently of each other.

The detection sensor is
A protruding portion protruding from the inner ring portion and
The axial flow turbine according to any one of claims 3 to 5 , wherein a strain gauge provided on the protruding portion and capable of detecting the strain of the protruding portion is included.

The detection sensor is
With a heater
A first temperature sensor arranged on one side of the heater and
The axial flow turbine according to any one of claims 3 to 5, further comprising a second temperature sensor arranged on the other side of the heater.

The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 7, wherein the guide blade is supported by the inner ring portion.

The axial flow turbine according to any one of claims 1 to 8, wherein the guide blade is provided on the upstream side of the inner ring portion in the recess.